智能控制導論

1、智能控制導論2智能控制教學課件第7章 進化控制與免疫控制7.1 遺傳算法簡介7.2 進化控制基本原理7.3 進化控制系統(tǒng)示例7.4 免疫算法和人工免疫系統(tǒng)原理7.5 免疫控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.6 免疫控制系統(tǒng)示例7.7 小結(jié)37.1 遺傳算法簡介7.1.1 遺傳算法的基本原理簡單遺傳算法霍蘭德(Holland)于1975年首次提出遺傳算法編碼與解碼二進制解碼公式浮點數(shù)編碼、格雷碼、符號編碼、多參數(shù)編碼適應(yīng)度函數(shù)遺傳操作選擇（復(fù)制）、交叉、變異),(1)(1121jnjjnwwdwwwfliiilxABAx1121247.1.2 遺傳算法的求解步驟遺傳算法的特點對參數(shù)集合編碼從問題解的編碼組開始利用

2、目標函數(shù)的適應(yīng)度利用選擇、交叉、變異等算子遺傳算法的框圖簡單遺傳算法7.1 遺傳算法簡介終止條件開始初始化種群計算適應(yīng)度值計算適應(yīng)度值計算適應(yīng)度值計算適應(yīng)度值適應(yīng)度值最優(yōu)個體結(jié)束57.2 進化控制基本原理7.2.1 進化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進化控制及基本思想進化機制與反饋控制機制的結(jié)合進化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參考模型控制器受控對象GA算法進化控制器+-系統(tǒng)系統(tǒng)狀態(tài)系統(tǒng)模型控制器控制輸入+-+-(a)(b)67.2.1 進化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式化描述 Ta轉(zhuǎn)換人機接口適應(yīng)度函數(shù)問題解空間表示進化操作廣義被控對象進化控制器性能評價UYU7.2 進化控制基本原理77.3 進化控制系

3、統(tǒng)示例7.3.1 進化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)人機接口 知識庫 經(jīng)驗庫 地圖構(gòu)造器 進化規(guī)劃器 目標驅(qū)動行為 反射式行為 環(huán)境性能判斷 感知協(xié)調(diào)組合 動作行為控制模塊任務(wù)任務(wù)描述狀態(tài)協(xié)調(diào)控制進化規(guī)劃模塊87.3.2 進化規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)與算法進化規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)與算法運動規(guī)劃算法7.3 進化控制系統(tǒng)示例離線進化算法先驗知識在線進化算法感知信息路徑選擇運動規(guī)劃器行為驅(qū)動目標行為協(xié)調(diào)控制傳感數(shù)據(jù)基本地圖協(xié)調(diào)策略任務(wù)驅(qū)動路徑)sin(coseeyrrexerKYKvwKvwvqqqq97.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理7.4.1 免疫算法的提出和定義免疫算法的提出人工免疫系統(tǒng)是由免疫學理論和

4、觀察到的免疫功能、原理和模型啟發(fā)而產(chǎn)生的適應(yīng)性系統(tǒng)免疫算法是基于自然免疫學說，可以創(chuàng)建一定的算法來模擬免疫機制免疫算法的關(guān)鍵在于系統(tǒng)對受侵害部分的屏蔽、保護和學習控制免疫算法的有關(guān)定義免疫算法人工免疫系統(tǒng)免疫系統(tǒng)的魯棒性抗原、疫苗、抗體107.4.2 免疫算法的步驟及框圖目前免疫算法還沒有統(tǒng)一的框架,下面介紹一種含有免疫算子的免疫算法.免疫算法的實際操作過程(1) 具體分析待求解的問題,提取最基本的特征信息.(2)處理該特征信息,并把它轉(zhuǎn)化為一種問題求解方案.(3)以適當形式把此方案轉(zhuǎn)化為免疫算子以實施具體操作及具體的框圖如圖9所示7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理11結(jié)束 初始化疫苗的提取

5、交叉與變異是最佳個體?疫苗接種免疫選擇群體更新免疫算子7.4.2 免疫算法的步驟及框圖7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理127.5 免疫控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) AISIMCIDSBINICTIMCAISICTBINIDS7.5.1 免疫控制的四元結(jié)構(gòu) 圖 7.12 免疫控制的四元結(jié)構(gòu)137.5.2 免疫系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)免疫控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)7.5 免疫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中間層智能模塊控制模塊計算模塊執(zhí)行模塊監(jiān)控模塊頂層底層147.6.1 免疫反饋規(guī)則免疫反饋規(guī)則其中K=K1和0=K1/K2,參數(shù)K控制響應(yīng)速度,參數(shù)控制穩(wěn)定作用 1201killkillkillukKkK fukkKfukk7.6 免疫控制系統(tǒng)示例157.6.2 免疫反饋控制器的設(shè)計基于免疫反饋規(guī)則的反饋控制器IMF方框圖Kd(1-z-1)e(k)Ki/(z-1)Kp受控對象uPID(k)u(k)Z-dZ-1f()yd(k)y(k)+-+-+-u(k)7.6 免疫控制系統(tǒng)示例16IMF控制器的控制規(guī)律如下:IMF控制器的實質(zhì):自適應(yīng)PID控制器 ( )11111pPIDPIDpPIDipdu kKukf uku kK ukfu kKzKfu kKe kzz7.6.2 免疫反饋控制器的設(shè)計7.6 免疫控制系統(tǒng)示例177.7 小結(jié)本章討論了幾種其它智